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电力设备行业深度报告:从专利角度窥探特斯拉百万英里电池

钜大LARGE  |  点击量:119次  |  2020年08月16日  

摘要
特斯拉电池日预计将在2020年9月召开,计划量产的百万英里电池可能成为会议的重要议题。

特斯拉电池日预计将在2020年九月召开,计划量产的百万英里电池可能成为会议的重要议题。我们认为特斯拉的百万英里电池的实现方式与19-20年申请的一系列专利有关,本文通过梳理和分析相关专利,对百万英里电池可能的实现方式做出初步判断。负极补锂+单晶三元+无极耳电极+包含PDO添加剂的电解液体系在百万英里电池中应用的可能性较高。


百万英里电池是什么?2019年四月,马斯克宣布预计将于2020年投产一种新型电池,这种电池能够驱动特斯拉汽车行驶百万英里,是普通电池包寿命的2-3倍;2019年九月,特斯拉电池合作伙伴JeffDahn团队公布论文指出,相比普通的锂离子电池只能供应1000-2000次的放电循环,百万英里电池放电1000次后,还有95%的寿命,放电4000次后还有90%。2020年五月,据(多家媒体)报道特斯拉计划首先在我国市场推出百万英里电池,并与宁德时代合作研发生产。


为何要量产百万英里电池?从延长电池在私家车上的使用寿命来说,百万英里电池的宣传意义大于实际意义,但有可能稳定消费者预期,对产品销量形成正面影响;从电动汽车转让流通的角度来说,百万英里电池有助于提升电动汽车保值率,有望激活二手车市场;特斯拉曾计划在2020年推出Robotaxi(无人驾驶出租车),并在年底之前生产100万辆Robotaxi,百万英里电池适用于Robotaxi产业,也有利于降低电池的全生命周期成本。


预计装机方面将遵循出租车-私人高端车-私人低端车-储能的优先级顺序。


长寿命电池猜想之单晶三元正极材料:在过量锂源和适宜单晶生长的高温条件下将NCA单晶化,会导致Li5AlO4杂质的生成,特斯拉在专利中提出两段烧结法形成无杂质的单晶NCA。1)控制锂/其他金属的摩尔比<1,进行首次烧结;2)加入额外的锂源,使总体锂/其他金属的摩尔比>1,进行第二次烧结。新工艺从三个方面改善材料的循环性能,延长电池寿命:


1)正极材料的单晶化本身可以提升材料的循环性能;2)提高单晶NCA的颗粒纯度,防止杂质对材料性能的影响;3)降低锂镍混排程度。试验结果表明新工艺单晶NCA的容量保持率与多晶NCA对照样本相当或者更高。


长寿命电池猜想之无极耳电极:电流沿着正极或负极通过极耳到达电池外接电路,欧姆电阻会随着较长的电流移动路径而新增,带来电池自身热损耗新增,导致电池容量和性能下降,特斯拉无极耳电极电芯介绍了一种新型的电池制造方法,马斯克发推表示这项技术比听起来更加重要。正负电极中至少有一个电极没有传统的极耳结构,在正极或者负极极片的边缘处新增导电涂层,让导电涂层直接与电池端盖接触,电流通过导电涂层和电池外壳到达电池外接电路。无极耳电极工艺重要从三个方面改善电池的循环寿命以及其他性能:1)电流移动路径缩短减小内阻。该工艺可使电流移动的最大距离缩短到5%-20%,内阻减小5-20倍。2)显著降低电流偏移现象。该工艺使得内阻降低,电流的分布更加均衡,因此能够防止过电位的出现,改善电池寿命。3)产热和散热能力得到显著改善。在产热方面,由于内阻降低,出现的热量也减少。在散热方面,无极耳电极中的导电涂层与电池端盖的有效接触面积达到100%,使得散热能力提升。


长寿命电池猜想之新型电解液添加剂:特斯拉通过旗下特斯拉汽车加拿大分公司与JeffDahn合作申请了多项电解液添加剂的专利,致力于采用尽量少的添加剂配方达到尽量大的改善效果。1)DTD:双添加剂电解液体系(VC+DTD或FEC+DTD)拥有比单一添加剂更高的容量保持率和更小的电压滞变,有助于延长电池寿命;2)ODTO:有助于抑制高电压环境下的产气量,双电解液添加剂电解液体系(VC+ODTO、FEC+ODTO或LFO+ODTO)较单一添加剂的电解液体系拥有更高的容量保持率和更小的电压滞变,同样有助于延长电池寿命;3)FN:能够显著抑制气体的出现、提升生产效率、降低生产成本,但没有给电池的循环性能带来显著影响;4)MDO/PDO/BS:PDO是三者中最有希望和潜力的新型添加剂,在容量保持率和电压滞变方面表现最好,并且优于常规电解液体系,尤其与DTD和LFO混合使用的情况下对电池循环的改善更加明显。


投资建议:后续特斯拉在电池环节的影响力将逐步显化,所探索的技术创新点也将是产业热点趋势之一,建议把握以下几个投资方向:1)宁德时代与特斯拉合作实现百万英里电池量产,有望进一步巩固其龙头地位,强烈推荐宁德时代。关注相关供应链公司,推荐璞泰来,关注恩捷股份。2)单晶化有利于改善电池循环寿命,无钴化有利于降低生产成本,因此单晶高镍正极有望成为兼顾低成本、高能量密度和长循环寿命的电池的重要实现方式之一。关注在高镍正极和单晶正极方面有较为深厚的技术储备的电池材料公司,强烈推荐当升科技,杉杉股份,关注容百科技。3)Jeff团队在电解液方向上申请的专利较多,寻找低成本、高性能的添加剂组合将成为电池性能持续改善的重要推手之一。关注在电解液添加剂方面有技术储备和成熟应用的电池材料公司,推荐新宙邦。


风险提示:1)新技术商业化应用不及预期的风险:专利中多项技术的最终效果和商业化应用仍有待进一步观察,若商业化应用不及预期,将影响新型电池的量产节奏。2)政策力度不及预期的风险:


假如国内外政策对新能源汽车支持力度软化或改变,将显著影响新能源汽车市场整体规模。3)电动汽车自燃事故带来的消费者信任风险:近期新能源汽车自燃事件频繁发生,特斯拉采用的高镍电池体系对产品本身的安全性是一大考验。4)技术路线发生变化的风险:新能源汽车仍处于技术快速变革期,若下一代技术产业化进程超出预期,将对现有行业格局出现显著影响。


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